Os pesquisadores descobriram as interações moleculares que conferem à seda da aranha sua extraordinária força e flexibilidade. A descoberta poderá ajudar os cientistas a projetar novos materiais biomiméticos para uso em aeronaves, equipamentos de proteção e aplicações médicas, ao mesmo tempo que fornece informações sobre doenças neurológicas, como a doença de Alzheimer.
A pesquisa está publicada na revista Anais da Academia Nacional de Ciências Um artigo de coautoria de cientistas do King’s College London e da San Diego State University (SDSU) descreve princípios fundamentais de design que poderiam orientar a criação de uma nova geração de fibras de alto desempenho e ecologicamente corretas.
É importante ressaltar que este estudo explica pela primeira vez como os aminoácidos nas proteínas da seda das aranhas interagem, permitindo-lhes agir como “adesivos” moleculares que unem os materiais à medida que se formam.
Chris Lorenz, professor de ciência computacional de materiais no King’s College London e líder da equipe de pesquisa do Reino Unido, destacou o amplo potencial da descoberta. “As aplicações potenciais são enormes – roupas de proteção leves, peças de aeronaves, implantes médicos biodegradáveis e até mesmo robôs macios poderiam se beneficiar de fibras projetadas usando esses princípios naturais”, disse ele.
Por que a seda da aranha é mais forte que o aço
A seda de aranha é conhecida por suas propriedades extraordinárias. Com o mesmo peso, é mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar, material usado para fazer coletes à prova de balas. As aranhas dependem deste material para construir a estrutura estrutural das suas teias e para se enforcarem, e os cientistas há muito que são fascinados pela forma como a natureza produz essas fibras especializadas.
Essa seda é produzida nas glândulas de seda da aranha, onde as proteínas da seda são armazenadas em um líquido viscoso chamado “fluido da seda”. Quando necessário, a aranha transforma esse líquido em fibras sólidas com excelentes propriedades mecânicas.
Os cientistas já sabiam que as proteínas primeiro se agregam em gotículas líquidas e depois são transformadas em fibras. No entanto, os passos moleculares que ligam esta agregação inicial à resistência máxima dos filamentos permanecem um mistério.
Interações moleculares por trás da formação de filamentos
Para resolver este quebra-cabeça, uma equipe interdisciplinar de químicos, biofísicos e engenheiros utilizou uma série de técnicas computacionais e laboratoriais avançadas. Isso inclui simulações de dinâmica molecular, modelagem estrutural AlphaFold3 e espectroscopia de ressonância magnética nuclear.
A análise mostrou que dois aminoácidos, arginina e tirosina, interagem de maneiras específicas que fazem com que as proteínas da seda se agrupem nos estágios iniciais. Estas interações não desaparecem à medida que o filamento se solidifica. Em vez disso, permanecem activos à medida que as fibras se formam, ajudando a construir as nanoestruturas complexas que dão à seda da aranha a sua notável força e flexibilidade.
“Este estudo fornece uma explicação em nível atômico de como as proteínas desordenadas se reúnem em estruturas altamente ordenadas e de alto desempenho”, disse Lorenz.
Links para ciência do cérebro e pesquisa sobre a doença de Alzheimer
A complexidade química do processo foi inesperada, disse Gregory Holland, professor de química física e analítica da Universidade Estadual de San Diego que liderou o lado norte-americano do estudo.
“Para nossa surpresa, a seda – que muitas vezes consideramos uma fibra natural lindamente simples – na verdade depende de truques moleculares muito complexos”, disse Holland. “Os mesmos tipos de interações que descobrimos também são usados em receptores de neurotransmissores e sinalização hormonal”.
Devido a esta sobreposição, os investigadores acreditam que as descobertas podem ter implicações para além da ciência dos materiais.
“A maneira como as proteínas da seda passam pela separação de fases e depois formam estruturas ricas em folhas beta reflete os mecanismos que vemos em doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer”, disse Holland. “O estudo da seda nos dá um sistema limpo e evolutivamente otimizado para entender como a separação de fases e a formação de folhas beta são controladas.”
